水素貯蔵合金の電子論による評価、表面の水素吸収過程と格子間水素のシミュレーション

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完全な第一原理計算であるFLAPW法を用いて,HfV_2H_x合金中の格子間位置のプロチウムに関する電子構造のシミュレーション (バンド計算) を行った.シミュレーションにより,内部エネルギー,フェルミエネルギー準位,バンド構造,状態密度(DOS),電子密度分布,電荷移動などを計算し,プロチウムの吸蔵による金属間化合物の価電子の構造の変化や,状態密度の低エネルギー側に生成するプロチウムに起因するレベルを理論的に評価した.同一サイト上で,同一プロチウム濃度であっても,プロチウムの配置の仕方により,系のエネルギーは,10〜20mRyのオーダーで変化する.安定構造の場合,プロチウムの吸蔵に伴う内部エネルギー変化は,一個のプロチウムにつき-60〜-80kJmol^<-1>の範囲で吸蔵量とともに変化する.合金中のプロチウムは各濃度ともHとして合金中に存在し,低エネルギー順位にプロチウムに起因するバンドを形成する.HfならびにVの状態密度 (DOS) は,プロチウムの濃度増加とともに電子のプロチウムへの移行によって変化するが,それはrigid band model的な変化ではない.高プロチウム濃度側では状態密度の形状そのものが変化し,その傾向はVにおいて顕著である.フェルミエネルギーはプロチウムの濃度増加とともに一旦減少するが,再び増加する.電場勾配 (EFG) の各原子毎の平均を見てみると,V原子についてはHfV_2H_1のプロチウム濃度を境目として急増しており,また,その変化の大きさは,Vを^<111>Cdで置換した試料のPACの過去に報告されている実験結果とよく一致し,FLAPW法が極めて高精度でプロチウムを含む金属間化合物の電子状態の計算が可能であることを示している.